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1、学院榊生潮呈设计任务书设计题复杂网络N-R法潮流分析与计算的设计作者姓学院、专业、年物电学院电气工程及其自动化专业指导教师姓任务下达2014年5月20日1. 设计题目复杂网络N-R法潮流分析与计算的设计1.1基础资料1.2系统图的确定选择六节点、环网、两电源和多引出的电力系统，简化电力系统图如1-1 所示，等值阻抗图如1-2所示，运用直角坐标表示的牛顿-拉夫逊计算如图1-1 所示系统中的潮流分布。计算精度要求各节点电压的误差或修正量不大于 = 10.L. 6-jO. 80. 08-10. 30. 04-j0. 25L 05: LAL. 05:17jO. 25i jO. 25gzo 0+90.0
2、J0. 03“ =1.055 = 0图L-2电力系统等值阻抗图1.3各节点的初值及阻抗参数该系统中，节点为平衡节点，保持错误！未找到引用源。为定值，节 点为PV节点，其他四个节点为PQ节点，给定的注入电压标幺值、线路阻表1-2 线路、变压器阻抗标幺值线路T1L2L3L4L5T6阻抗jO.O30.06+j0.250.04+j0.250.08+j0.300.1+j0.35J0.015表1-3节点输出功率节点功率2+jl1.8+j0.401.6+j0.83.7+jl.35注：各PQ节点的电压取1是为了方便计算和最后验证程序的准确性。2. 设计的基本要求2. 1设计及计算说明书（1）说明书要求书写整齐
3、，条理分明，表达正确、语言正确。（2）计算书内容：为各设计内容最终成果、确定提供依据进行的技术分析、 论证和定量计算，如。（3）计算书要求：计算无误，分析论证过程简单明了，各设计内容列表汇 丿总。2. 2图纸（1）绘制分析所需的必要图纸（2）图纸要求：用标准符号绘制，布置均匀，设备符号大小合适，清晰美 观。3. 论文（设计）进度安排段1熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料2查阅有关资料3阅读设计要求必读的参考资料4书写设计说明书5上交设计成果4需收集和阅读的资料及参考文献（指导教师指定）1 ：陈玷.电力系统稳态分析（第三版）M,北京，中国电力出版社，20072 ：何仰赞，温增银.电力系统分析
4、第三版M,武汉，华中科技大学出版社，20023 ：陈悦.电气工程毕业设计指南电力系统分册M,北京，中国水利水电出版社，20084 :5 :见.攵=.负责人签名：年 月曰电力系统稳态分析包括潮流计算和静态安全分析。本文主要运用的事潮流计 算，潮流计算是电力网络设计与运行中最基本的运算，对电力网络的各种设计方案 及各种运行方式进行潮流计算，可以得到各种电网各节点的电压，并求得网络的潮 流及网络中的各元件的电力损耗，进而求得电能损耗。本位就是运用潮流计算具体 分析，并有MATLAB仿真。关键词：电力系统潮流计算 MATLAB仿真目录1.051摘要4目录5第1章 电力系统的基本概念5第二章潮流计算62
5、.1潮流计算概述与发展62.2复杂电力系统潮流计算72.3潮流计算的方法及优、缺点82.4 MATLAB 概述82.6牛顿-拉夫逊法原理92.7牛顿-拉夫逊法解决潮流计算问题102.8计算机潮流计算的步骤112.9计算机程序的实现12程序运行结果：14第四章学习心得27附录：27第1章 电力系统的基本概念电力系统：发电机把机械能转化为电能，电能经变压器和电力线路输送并分配 到用户，在那里经电动机、电炉和电灯等设备又将电能转化为机械能、热能和光能 等。这些生产、变换、输送、分配、消费电能的发电机、变压器、变换器、电力线 路及各种用电设备等联系在一起组成的统一整体称为电力系统。电力网：电力系统 中
6、除发电机和用电设备外的部分。动力系统：电力系统和“动力部分”的总和。电力系统潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种计算，它根据给定的运 行条件及系统接线情况确定整个电力系统各部分的运行状态：各母线的电压，各元 件中流过的功率，系统的功率损耗等等。在电力系统规划的设计和现有电力系统运 行方式的研究中，都需要利用潮流计算来定量地分析比较供电方案或运行方式的合 理性。可靠性和经济性。此外，电力系统潮流计算也是计算系统动态稳定和静态稳 定的基础。所以潮流计算是研究电力系统的一种很重要和很基础的计算。随着科学技术的发展，电力系统变得越来越复杂，电气工程师掌握一种好的能 对电力系统进行仿真的软件是学习和
7、研究的需要。文章简要介绍了 MATLAB发展 历史、组成和强大的功能，并用简单例子分别就编程和仿真两方面分析了 MATIAB 软件在电力系统研究中的具体应用。采取等效电路法，能对特殊、复杂地电力系统 进行高效仿真研究，因此，掌握编程和仿真是学好MATLAB的基础。与众多专门 的电力系统仿真软件相比，MATLAB软件具有易学、功能强大和开放性好，是电 力系统仿真研究的有力工具。第2章潮流计算2.1潮流计算概述与发展电力系统潮流计算也分为离线计算和在线计算两种，前者主要用于系统规划设 计和安排系统的运行方式，后者则用于正在运行系统的经常监视及实时控制。利用电子数字计算机进行电力系统潮流计算从50年
8、代中期就已经开始。在这 20年内，潮流计算曾采用了各种不同的方法，这些方法的发展主要围绕着对潮流 计算的一些基本要求进行的。牛顿-拉夫逊法作为一种实用的，有竞争力的电力系统潮流计算方法，是在应 用了稀疏矩阵技巧和高斯消去法求修正方程后。牛顿-拉夫逊法是求解非线性代数 方程有效的迭代计算。2.2复杂电力系统潮流计算电力系统潮流计算是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。 潮流计算的目标是求取电力系统在给定运行方式下的节点电压和功率分布，用以检 查系统各元件是否过负荷、各点电压是否满足要求、功率的分布和分配是否合理以 及功率损耗等。对现有电力系统的运行和扩建，对新的电力系统进行规划设计
9、都是 以潮流计算为基础。潮流计算结果的用途，例如用于电力系统稳定研究、安全估计或最优潮流等也 对潮流计算的模型和方法有直接影响。节点类型：1）PV节点：柱入有功功率P为给定值，电压也保持在给定数值。2）PQ节点：诸如有功功率和无功功率是给定的。3）平衡节点：用来平衡全电网的功率。选一容量足够大的发电机担任平衡全电网 功率的职责。平衡节点的电压大小与相位是给定的，通常以它的相角为参考量，即 取其电压相角为0。一个独立的电力网中只设一个平衡点。基本步骤：1）形成节点导纳矩阵；2）将各节点电压设初值U；3）将节点初值代入相关求式，求出修正方程式的常数项向量；4）将节点电压初值代入求式，求出雅可比矩阵
10、元素；5）求解修正方程，求修正向量；6）求取节点电压的新值；7）检查是否收敛，如不收敛，则以各节点电压的新值作为初值自第3步重新开始 进行狭义次迭代，否则转入下一步；8）计算支路功率分布，PV节点无功功率和平衡节点柱入功率。2.3潮流计算的方法及优、缺点潮流计算法有，简化梯度法、二次规划法、牛顿-拉夫逊法(Newton-Raphson) 等。简化梯度法是采用梯度法进行搜索，用罚函数处理违约的不等式约束。该方法 程序编制简便，所需存储量小，对初始点无特殊要求，曾获得普遍重视，成为第一 种有效的优化潮流方法。简化梯度法的缺点：迭代过程中，尤其是在接近最优点附 近会出现锯齿现象，收敛性较差，收敛速度
11、很慢；每次迭代都要重新计算潮流，计 算量很大，耗时较多。二次规划法是二阶的方法，解决最优潮流问题收敛精度较好, 能很好地解决耦合的最优潮流问题，但缺点是计算Lagrange函数的二阶偏导数， 计算量大、计算复杂。2.4 MATLAB 概述目前电子计算机已广泛应用于电力系统的分析计算，潮流计算是其基本应用之 一。现有很多潮流计算方法。对潮流计算方法有五方面的要求：(1) 计算速度快；(2) 内存需要少；(3) 计算结果有良好的可靠性和可信性；(4) 适应性好，亦即能处理变压器变比调整、系统元件的不同描述和与其它程序 配合的能力强；(5) 简单。MATLAB是一种交互式、面向对象的程序设计语言，广
12、泛应用于工业界与学 术界，主要用于矩阵运算，同时在数值分析、自动控制模拟、数字信号处理、动态 分析、绘图等方面也具有强大的功能。MATLAB程序设计语言结构完整，且具有优良的移植性，它的基本数据元素 是不需要定义的数组。它可以高效率地解决工业计算问题，特别是关于矩阵和矢量 的计算。MATLAB与C语言和FORTRAN语言相比更容易被掌握。通过M语言， 可以用类似数学公式的方式来编写算法，大大降低了程序所需的难度并节省了时 间，从而可把主要的精力集中在算法的构思而不是编程上。2.6牛顿-拉夫逊法原理假设有n个联立的非线性代数方程：(“，孔x”)/2(X1，X2X”)=0/”(可內X)=0假设以给
13、出各变量的初值xV, %20),，X0),令其分别为个变量的修正量, 使满足以上方程，所以：fi(X； + Axi0), %20)+ A%20),xj + Ax0) = 0/, (xf0) + Ax； 6, %20)+ 心;5,+ Ax*0*) = 0fn (xf + Aoar”以上方程是对于修正量心丁，心丁, 的修正方程，可解出心；，氏丁，,，心的线性方程组，称为牛顿法 心1对初始近似解进行修正：(i二 1, 2,n)反复迭代，在进行k+1次迭代时，从求解修正方程式:J 1A1 ，儿2，An)f2(x,x,.Uaxxaxaf、 axx 时2axcaaxax2 时2ax.得到修正量心巴，心V,丫仏+1） _ 丫（約,人仇），对各量进行修正兀兀+A(i=l,2, , n )迭代过maxI 乞(“，时),xf) I Qi=fGijej
